等离子体技术在环境污染治理中的应用研究

廖成成

摘 要： 等离子体技术应用到环境污染治理中，是一项全新的技术。本文从大气污染治理、水处理、固体废物治理三个方面简述了该技术在环境保护领域中的应用，并对等离子体技术在各方向的应用进行了对比，分析了各自的特点、机理、优缺点以及发展趋势。

关键词： 等离子体技术；大气污染治理；水处理；固体废物治理；应用

随着社会经济的发展，人类面临诸多环境问题，主要包括大气污染、水污染以及固体废弃物污染三大类。环境污染治理形势严峻而复杂。等离子体技术是近20年刚发展起来的，集物理学、化学、生物学和环境科学于一体的全新技术，为环境污染治理打开了一扇新的大门。

1、等离子体技术在大气污染治理中的应用

1.1原理

利用电子加速器产生高能电子束辐照需要治理的废气，使其产生活性物质（如OH，HO2，O），促进分子间的化学反应。活性粒子和气体分子碰撞，打开气体分子键，同时产生大量OH，HO2等自由基和氧化性极强的O3，从而将污染物氧化，达到净化空气的效果。

1.2 应用

大气中的主要污染物有：总悬浮颗粒、飘尘、硫氧化物、氮氧化物、硫化氢、氨、碳氧化物和挥发性有机物（VOCs）等。它们分别来自于生活污染源、工业污染源和交通污染源。由于对气体中污染物的治理主要是在常压下进行的，所以一般采用在常压下产生低温等离子体的电晕放电和介质阻挡放电两种形式。等离子体技术在大气污染治理中的应用最为广泛，主要包括：

（1）等离子体烟气脱硫脱硝技术

（2）降解挥发性有机污染物（VOCs）

（3）总悬浮颗粒、飘尘的净化技术

（4）净化恶臭气体

（5）转化碳氧化物

（6）净化汽车尾气

（7）净化室内空气

其中，脱硫脱销技术，VOCs净化技术等已经有大量研究。

2、等离子体技术在水处理中的应用

2.1 原理

利用电子、正负离子、激发态的原子、分子以及其有强氧化性的自由基等活性物质轰击污染物中的C-C键及其它不饱和键，发生断键和开环等一系列反应，或部分使大分子物质变成小分子，从而提高难降解物质的可生化性。等离子体技术进行水处理是集自由基氧化、紫外光解、高温热解、液电空化降解以及超临界水氧化等多种高级氧化技术相互交替作用的过程。

2.2 应用

低成本、高能效地使废水达标排放或回用是水处理领域永远追求的目标，而废水中有毒、难降解污染物（如含芳环类化合物、有机聚合物、表面活性剂等）的治理是达标排放或回用中的关键环节。针对这些污染物，等离子体技术不仅富集了具有强氧化性的自由基以及激发态的原子、分子等高活性粒子，可使难降解有机物分子激发、电离或断键，而且氧化过程中还伴随有紫外光辐射、冲击波以及液电空化降解等物理化学效应，加速了有机物的降解。近年来，关于该技术的研究和应用备受关注。等离子体技术在水处理中的应用广泛，主要包括：

（1）处理印染废水

（2）处理焦化废水

（3）处理硝基苯废水

（4）处理含酚废水

（5）处理制浆废液

（6）处理医院废液

（7）净化自来水

（8）制备臭氧

3、等离子体技术在固体废弃物处理中的应用

3.1 原理

利用电弧等离子体产生瞬时的高温突跃（Temperature-jump），电子温度可达数千度，在此高温下，废物中有机物质发生快速反应，气态产物主要成分为CO2。

3.2 应用

城市垃圾处理一般采用燃烧法，在焚烧炉中烧毁后，产生的灰成分呈低松密度，可能含有大量有毒重金属和有机类物质，对环境造成再污染。等离子体技术采用直流等离子体对垃圾燃烧灰进行熔融处理，熔融效率极佳，垃圾燃烧灰熔融后，将熔渣投入水中做成玻璃状颗粒，可再利用于道路铺装或混凝土的混合材料，二恶英等有害物质也被高温分解掉，而且产生热量的54%可以回收利。这种热等离子体废物熔融处理法还可以用于金属资源的回收，如用于低含量锌的二次回收，从钽电容器中回收金属钽，以及处理汽車尾气催化剂来回收金属铂等。等离子体技术在固体废弃物处理中的应用主要包括：

（1）城市固体废弃物（MSW）

（2）污水污泥（SSW）的处理

（3）处理核废料

（4）用于金属资源的回收

4 总结

等离子技术在大气污染治理、水处理以及固废污染治理上都有较为广泛的应用，尤其是大气污染治理方面应用最为广泛。

等离子技术应用到具体的污染物处理时，作用机理大致相同，但也各具特色，大气污染治理和水处理主要是等离子体中的高能活化物质（电子、正负离子、激发态的原子、分子以及其有强氧化性的自由基）的氧化作用，而固体废弃物的处理过程则主要利用等离子体的高温特点，将固体废弃物进行高温燃烧降解，从而达到净化的目的。

等离子体技术在大气污染治理上的优点主要为处理效率高、应用广泛，前景非常广阔；在水处理上的优点主要是解决了很多难降解废水的处理难题，处理效果好，无二次污染；在固废处理上的优点主要是不选择废弃物形状，处理范围广，适用性强，不会产生二恶英，垃圾焚烧彻底，无二次污染，燃烧后的垃圾可作为生活垃圾填埋。正是源于这些优势，等离子体技术才会受到广泛的关注。但是，但是作为一种新技术，企业不愿意为此而投资开发，其主要原因在于技术上处于实验摸索阶段，没有较成熟的工艺技术，缺少实际工程经验与数据，处理费用较高。如果要实现这一技术在环境工程中应用的规模化和工业化，未来需要解决如何降低处理能耗，降低处理费用的问题。同时，等离子技术与其他处理技术的结合也是一个发展趋势。

等离子体是一门高度交叉、迅速发展的新学科，等离子体技术应用到环境污染治理是一项全新的技术。大气污染治理、危险废物的安全处理、大量废溶剂、农药废液、医药及生物制药污染物的处理等都为等离子体技术的发展提供了广阔的市场前景，等离子体技术以其高科技、高效率的处理功能，在未来的环境治理中将具有很好的发展前景。

但是，作为一种新技术，其技术成果尚未得到社会的认可，企业投资开发成本高。等离子体技术牵涉到电子器材、等离子体化学、耐高压材料等多方面问题，需要多领域多方协作才能实现。因此，只要国家政策支持以及多方通力合作，就能充分发挥等离子体技术的潜在优势，实现这一技术在环境工程中应用的规模化和工业化。■

参考文献

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